冲积河流对隆起与坳陷非均匀活动响应的实验研究

Evolution and development of a river not only are controlled by the hydrological and climatic conditions, but also are influenced by generalized boundary conditions, such as the neo-tectonic movement, geological structure, bedrock. The Influence of tectonic movement to alluvial rivers not only determines the channel pattern, but threats security of the water conservancy engineering on those rivers. So the research not only has scientific value, and has more practical value. This project is a response to this demand, with the specific process-response model experiment theory, design technology and experimental methods, using the laboratory simulation of lifting device, it mainly simulated that alluvial rivers response processes to the uplift and depression in the non uniform change, and deeply study influence of uplift non-uniform rising and depression basin non-uniform subsidence on the river erosion, transportation, and deposition, and then reveal the response characteristics of the channel patterns, longitudinal profile and cross section. A discriminant model for the response of hydraulic geometry factor and river evolution process to neo-tectonic movement in the non uniform changes will be established. Study on the development and the innovation has important theoretical significance to promote the geomorphology, sedimentology, structural geology and oil and gas exploration, and establish in the flood control standard, river bank protection, development and management of drainage basin, river regulation, hazard reduction, and oil and gas exploration and development, has the broad application prospect.

河流发育演变除受制于水文与气候条件外，又受新构造运动、地质构造、基岩等广义边界条件的影响。构造运动对冲积河流的影响不只是决定河流的河型，更重要的是会对位于这些河流上的水利工程的安全造成威胁。因此开展相关的研究不但具有科学价值，更具有应用价值。本项目就是针对这一需求，以特定的过程响应模型实验理论为基础，设计技术及实验方法，运用实验室升降装置，模拟河流对隆起与坳陷非均匀升降的响应过程，深入探讨隆起构造非均匀上升及坳陷盆地非均匀沉降对河流侵蚀、搬运、沉积的影响，揭示河道平面、纵剖面及横剖面演变的响应特征，建立河道水力几何要素、河道演变过程对新构造运动非均匀变化响应的判别模式。该项目的研究成果，对推进地貌学、沉积学、构造地质学和油气储存等方面具有重要的理论意义；在防洪标准建立、河岸防护、河道整治、流域开发管理、防洪减灾，以及油气勘探开发等方面，具有广阔应用前景。

黄河高村至陶城铺段165Km为游荡河型向弯曲河型过渡的过渡型河段。在构造上受沉降及上升影响，河道在平面上宽窄相间，纵剖面具有大的波状起伏，在沉降段，河道展宽，几乎呈江心洲分汊河型，输沙量相对增多，输沙组成相对变粗，淤积量加大；而上升段河道束窄，深泓弯曲度增大，输沙量相对减少，泥沙颗粒变细，下切量增大。在沉降与上升的交界部位，河道冲淤基本保持平衡。本实验以该河段为原型，考虑河道系统中的自变量控制因素：Qb、M、D50、Sv，从表征河型的曲率(P)入手，将分汊河型可以看作是两个以上弯曲河道的合成河型。汊道本身为单一河型（直道及弯曲河道），运用过程响应模型设计法进行设计。. 在进行构造运动对冲积河流影响的实验时，在冲积河流发育处于相对稳定状态的基础上，施于按一定构造形式及某种速率，影响河流的发育。为此，分别设计了三组实验：包括游荡-弯曲型模型小河造床实验；先穹隆均匀隆升而后坳陷盆地均匀沉降实验；先坳陷盆地均匀沉降随后穹隆均匀隆升实验。获取了包括河床地形高程、水位、流速、含沙量、河床质、地形及水面高程摄影、加沙量及出沙量、河床地形平面图以及河道发育动态摄影及绘图等资料.. 采用两种新构造运动方式，在纵向上启动4个升降装置，形成穹隆缓慢上升、快速上升，以及坳陷缓慢沉降、快速沉降，四种升降影响，上升最大幅度8cm,沉降对大幅度也为8cm。当抬升时，可以造成抬升中心向上下游，河流河谷纵坡降分别降低和增大0.05；当沉降时，同样可以造成抬升中心向上下游，河流的局部河谷纵坡降分别增大和降低0.05。在模型河道的升降部分以及上下游发生一系列变化，包括比降、河宽、水深、流速、输沙、冲淤、河相关系、河流消能率、河床微地貌，乃至河型的变化。. 通过多次试验，明确了河道从游荡到分叉然后形成江心洲这一过渡的关键控制因子，获得了在不同地质构造变形情况下的河道演变特征。